[发明专利]管式炉中生物质低压一步热解制备高性能活性炭的方法

说明书

管式炉中生物质低压一步热解制备高性能活性炭的方法。将生物质原料置于管式炉中部，关闭管式炉入口阀门，将管式炉抽至真空后，密闭出口阀门，然后升温至850~1000℃热解4~7h，热解自活化过程中，管式炉内压力调控为0.1~0.14MPa，产物经水洗、干燥后得到活性炭产品。利用本发明一步低压热解活化制备生物质活性炭，无需磷酸、氢氧化钾、水蒸气和二氧化碳等活化剂，制备的产品吸附性能好、得率高，制备流程绿色清洁、设备要求低、工艺简单。

技术领域

本发明涉及生物质制备活性炭材料领域，具体涉及一种管式炉中生物质低压一步热解制备高性能活性炭的方法，该制备过程清洁无污染、工艺简便、设备要求低、产品吸附性能优良。

背景技术

活性炭作为一种孔隙结构发达、比表面积大、选择性吸附力强的炭质吸附材料，已经被广泛应用于军工、食品、冶金、化工、环保、医药等行业的精制和净化过程。随着近年来环境保护力度的加强、食品安全标准的提高、动力电池的兴起，活性炭的需求量越来越大，已经成为人们生活和工农业生产过程中不可或缺的重要产品。

目前活性炭的制备方法通常采用化学活化法和物理活化法，化学活化法需使用大量的磷酸、氯化锌、氢氧化钾等化学药剂，不仅生产成本高，腐蚀设备严重，且易产生废水和废气，后续处理复杂，对环境造成二次污染；物理活化法需要先对生物质进行炭化预处理，且活化过程需大量高温水蒸气或烟道气，能耗高，活化速率低，时间长，产品得率较低。生物质在高温条件下热解，可产生大量的热解气，其中含有典型的物理活化气体CO₂和H₂O，如果将这部分气体利用起来，可实现过程的清洁环保。

综上所述，活性炭的通常制备方法存在化学试剂用量大，三废污染高，能耗高，得率低，生产成本高，工艺复杂等不同问题，且传统的密闭热解自活化工艺重复性差、设备要求高、产品吸附性能差，因此，开发生产工艺简单、设备要求低、节能降耗、清洁无污染的高效生产方法尤为重要。

发明内容

解决的技术问题：为了解决现有活性炭物理法生产技术存在的需水蒸气、二氧化碳或高温烟道气等活化剂，能耗高，产品得率低等缺点，本发明提供一种管式炉中生物质低压一步热解制备高性能活性炭的方法，制备工艺无需外加活化剂，方法简单，工艺条件不苛刻，产品得率高，成本低，产品吸附性能好，设备要求低，适合工业化生产。

技术方案：管式炉中生物质低压一步热解制备高性能活性炭的方法，将生物质原料置于管式炉中部，关闭管式炉入口阀门，将管式炉抽至真空后，密闭出口阀门，然后升温至850～1000℃热解4～7h，热解自活化过程中，管式炉内压力调控为0.1～0.14MPa，产物经水洗、干燥后得到活性炭产品。

优选的，上述生物质原料为椰壳、核桃壳或竹材加工剩余物。

优选的，上述生物质经干燥后粉碎，粒径为1.00mm～1.70mm。

优选的，上述升温是以1～20℃/min升温速率从室温升温至热解温度。

优选的，上述热解过程管式炉内压力为0.12MPa。

低压热解自活化制备得到的活性炭产品，碘吸附值为900～1438mg/g，亚甲基蓝吸附值为150～300mg/g，得率为15.2～24.2％。

有益效果：(1)本发明采用管式炉半密闭制备活性炭，管式炉的操作压力低，利用生物质原料的热解气作为活化气体进行活性炭的制备，解决了传统活性炭制备过程中需要引入外来化学活化剂或活化气体的问题，有效减少了化学品和额外气体发生装置的消耗，清洁无污染。(2)管式炉低压热解自活化生物质制备活性炭，成本低，产品得率高，工艺简便，设备无损耗，尾气收集后燃烧产生热量能够减少过程能耗，可工业化生产。(3)活性炭产品的孔隙结构发达，吸附性能好。(4)本发明所用的生物质可以是椰壳、核桃壳、竹材加工剩余物等，可以变废为宝。(5)本发明活性炭的吸附性能、孔体积、比表面积可通过原料品种、原料颗粒尺寸，热解过程中的升温速率、热解温度、热解时间、热解压力来控制。